NO144300B - Stoettekrans for turbiner, pumpeturbiner og pumper - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en støttekrans for

spiralhus hos en hydraulisk maskin som vannturbin, pumpeturbin eller pumpe, innbefattende to ringer som strekker seg koaksialt om maskinaksen og i aksial innbyrdes avstand, og aksiale stagstolper som er innfestet mellom ringene, mens endene av spiralhusets blikk er festet til ringene.. Støttekransen har til opp-

gave å danne en forbindelse for det strømmende medium mellom spiralhusets indre og den radialt innenforliggende ledeskovl-

krans og å holde spiralhusets innerkanter sammen og oppta aksiale krefter fra ledeskovlkrans og turbinlokk samt under-

tiden også betongvekter.

En slik støttekrans er utsatt for betydelige krefter som i første rekke skyldes strekkspenningene i de tilstøtende spiralhus-blikk. Andre krefter som virker på støttekranse^ stammer fra væsketrykket i dens indre og fra ledeskovlkransen og/eller turbin-lokket, som er festet til støttekransen. De krefter som virker på støttekransen, kan inndeles i radiale kraftkomponenter i rett vinkel til maskinaksen og aksiale kraftkomponenter. De radiale kraftkomponenter opptas av støttekransen ved iiidré periferiske strekkspenninger i dens to ringer, mens de aksiale kraftkomponenter opptas av stagstolpene, som således blir utsatt for aksialt rettede indre strekkspenninger. Det er viktig at de indre spenninger i støttekransens forskjellige deler blir mest mulig jevnt fordelt over godstverrsnittet, da det gir en optimal utnyttelse av materialet og gjør det mulig å redusere materialdimensjonene, noe som kan gi betydelige økonomiske fordeler med hensyn til både materialforbruk og transport. I den forbindelse skal der også påpekes at en reduksjon av støttekransens radiale bredde inne-

bærer en tilsvarende reduksjon av de totale dimensjoner av det radialt utenforliggende spiralhus, noe som likeledes medfører økonomiske, vektmessige og transporttekniske fordeler. Da alle de krefter som virker på støttekransen,i første omgang vil virke på dens to ringer, er det nødvendig at disse ringer og tilslut-ningen av dels spiralhusblikkene og dels stagstolpene til ring-

ene har slik utforming at ringene kan oppta de nevnte krefter uten vesentlig bøyning, vridning eller annen deformasjon og enn videre overføre kreftenes aksiale komponenter til stagstolpene mest mulig jevnt fordelt over disses tverrsnitt.

Til dette formål har man tidligere foreslått støttekrans-konstruksjoner i sveiset utførelse, f.eks. i tysk utlegnings-skrift 1.066.149 og 1.258.360 og svensk patentskrift 221.458.

Man har der tilstrebet en slik utforming av støttekransens

ringer og av spiralhusblikkenes tilslutning til dem at kreftene fra spiralhuset såvidt mulig blir rettet gjennom tyngdepunktet av ringenes tverrsnitt, resp. slik at den aksiale komponent av samtlige ytre krefter som virker på ringene, såvidt mulig faller sammen med stagstolpenes tyngdepunktakser. Disse tidligere fore-slåtte såkalte balanserte støttekranser i sveiset utførelse er imidlertid beheftet med flere alvorlige ulemper. Ved flere av disse konstruksjoner inneholder ringene således blikk som blir utsatt for meget store strekkpåkjenninger i retning loddrett på sitt plan. Valset blikkmateriale har imidlertid som bekjent alltid en viss lagstruktur parallelt med blikkets plan, så der foreligger betraktelig risiko for oppspaltning av blikket når det ut-settes for strekkpåkjenninger i retning loddrett på sitt plan.

Ved visse av de kjente konstruksjoner opptrer der enn videre be-traktelige spenningskonsentrasjoner på bestemte steder. Ved flere av konstruksjonene har ringene dessuten utilfredsstillende bøynings- og vridningsstivhet eller også en forholdsvis kompli-sert oppbygning som krever et omfattende sveisearbeide som er tid-krevende og kostbart å utføre. Samtidig er en del av sveisene ofte meget vanskelig tilgjengelige og dermed besværlige å utføre og kvalitetskontrollere på tilfredsstillende måte.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å

skaffe en støttekrans i sveiset utførelse som på en bedre måte tilfredsstiller de fasthetstekniske krav, og som er enklere og billigere å fremstille.

Hva som i første rekke karakteriserer støttekransen ifølge oppfinnelsen, fremgår av patentkrav 1.

Gunstige utførelsesformer og videre utviklinger av støtte-kransen ifølge oppfinnelsen har kjennetegn som angitt i patent-kravene 2-6.

Ved støttekransen ifølge oppfinnelsen består således hver av de to ringer som er innbyrdes forbundet ved hjelp av de aksiale stagstolper, i prinsippet av en . eneste, stort sett sylindrisk blikkring som endene av spiralhusets blikk er fastsveiset til ved den aksiale kant av ringene som vender bort fra støttekransens gjennom-strømningsspalte. Ringen får således meget enkel oppbygning og blir dermed lett og billig å produsere og å forbinde med spiralhusets blikk. Den sylindriske blikkring har også stor bøynings-stivhet i aksial retning, noe som er gunstig siden det gjør det mulig å begrense antallet av støttestolper. Den sylindriske blikkring kan i henhold til en videre utvikling av oppfinnelsen være supplert med en plan blikkring som ligger loddrett på støttekransens akse, og som med sin ytre omkretskant er sammensveiset med den sylindriske blikkring, fortrinnsvis langs den samme kant som spiralhusblikkene er fastsveiset til. En slik plan blikkring kan tjene den dobbelte oppgave å øke ringens totale tverrsnittsareal som opptar de periferiske strekkspenninger i ringen, så den sylindriske blikkring ikke behøver å få så stort tverrsnittsareal, og å tjene som anleggsflate for en innenforliggende ledekrans, et turbinlokk eller et fundament. Tilføyelsen av en slik plan blikkring i tillegg til den sy lindriske blikkring innebærer bare en forholdsvis liten komplikasjon av konstruksjonen. Ved at stagstolpeblikkene ved støttekransen ifølge oppfinnelsen strekker seg i aksial retning på begge sider av den sylindriske blikkring og tilnærmelsesvis helt ut til den kant av denne som slutter seg til spiralhusblikkene, blir det oppnådd at den sylindriske blikkring på meget enkel måte overfører den aksiale komponent av spiralhus-kreftene til stag stolpene med meget jevn fordeling over hele disses tverrsnitt. Sveisefugene mellom den sylindriske blikkring og stagstolpeblikkene blir enn videre samtidig lett tilgjengelige og aksialt rettet, dvs. vertikalt rettet når støttekransen er plassert med vertikal akse. Dette gjør det mulig å fremstille alle disse sveisefuger ved den automatiske og gunstige elektro-slagg-sveisemetode og uten noen endring av støttekransens stilling ved overgang fra en sveiseoperasjon til den neste.

I det følgende vil oppfinnelsen bli belyst nærmere under henvisning til tegningen,som viser endel utførelsesformer for oppfinnelsen som eksempler. Fig. 1 viser skjematisk et aksialsnitt av et spiralhus forsynt med en støttekrans ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et snitt i større målestokk gjennom den øvre ring i støttekransen på fig. 1. Fig. 3 viser et snitt etter linjen III-III på fig. 2 og an-skueliggjør skjematisk en første utførelsesform for fugene mellom den sylindriske blikkring og stagstolpeblikkene. Fig. 4 viser et snitt i likhet med det på fig. 3 og anskue-liggjør skjematisk en annen utførelsesform for fugene mellom den sylindriske blikkring og stagstolpeblikkene, og

fig. 5 viser et snitt i likhet med fig. 3 og anskueliggjør skjematisk en tredje utførelsesform for fugene mellom den sylindriske blikkring og stagstolpeblikkene.

På fig. 1 er der skjematisk avbildet et spiralhus 1 for en

vannturbin, pumpeturbin eller pumpe. Spiralhuset består vanligvis av et antall sammensveisede, enkeltkrummede blikkseksjoner. Ende-kantene av spiralhusets blikk er forbundet med en støttekrans som generelt er betegnet med 2, og som er anordnet koaksialt i forhold til maskinaksen og omgir den radialt innenforliggende ledekrans/ som ikke er vist nærmere. Støttekransen 2 består av to ringer som er anordnet koaksialt i forhold til maskinaksen og i aksial innbyrdes avstand, og som generelt er betegnet med 3, og et antall aksialt rettede stagstolper 5 som er innfestet mellom ringene og har form av skiver eller skovler og er skråttstilt overensstem-mende med strømningsretningen gjennom støttekransen. Endene av spiralhusets blikk.er sveiset fast langs omkretsen av henholdsvis øvre og nedre ring 3 resp. 4.

De to ringer 3 og 4 har i alt vesentlig samme utforming, og

i det følgende vil derfor bare utformingen av den øvre ring 3 bli beskrevet nærmere.

Som det tydelig vil fremgå av fig. 2, består ringen 3 (like-dan som ringen 4) i støttekransen ifølge oppfinnelsen for det første av en hovedsakelig sylindrisk, kraftig blikkring 6 som er koaksial med støttekransens akse, og som endene av spiralhusblikkene 1 er fastsveiset til ved dens ytterkant 6a, dvs. den kant som vender bort fra kransens gjennomstrømningsspalte, Da inner-diameteren av spiralhuset 1 varierer langs støttekransens omkrets, slutter blikkene i spiralhuset 1 seg til den sylindriske blikkring 6 med varierende vinkel langs støttekransens omkrets som markert med strekpunkterte linjer på fig. 2.

Ved den utførelsesform for oppfinnelsen som er vist på tegningen, omfatter hver av de to ringer 3 og 4 foruten den sylindriske blikkring 6 også en plan blikkring 7 som står loddrett på stagkransens akse, og hvis ytre omkrets er sammensveiset med ■ ytterkanten av den sylindriske blikkring 6. Denne plane blikkring 7 har dels til oppgave å medvirke ved opptagelsen av de periferiske strekkpåkjenninger i ringen 3 resp. 4, hvis man ikke ønsker å gi eller av praktiske grunner ikke kan gi den sylindriske blikkring 6 alene et tilstrekkelig tverrsnittsareal til formålet.

Videre kan denne plane blikkring 7 med fordel tjene som anleggs-

og festeflate for tilslutning til den innenforliggende ledekrans, et turbinlokk eller et fundament.

Stagstolpene 5, som er utformet av blikkmateriale, strekker seg ifølge oppfinnelsen i aksial retning på begge sider av den sylindriske blikkring 6 i det minste tilnærmelsesvis helt ut til dennes ytterkant 6a, hvor spiralhusblikkene 1 er fastsveiset. Mellom den sylindriske blikkring 6 og stagstolpeblikkene 5 blir

der således, som det mest tydelig fremgår av fig. 3-5, dannet krysningssteder som har en aksial utstrekning nesten svarende til høyden av den sylindriske blikkring 6, og langs hvilke blikkringen 6 og stagstolpeblikkene 5 er sammensveiset. Det vil innsees at disse sveisefuger er lett tilgjengelige og alle forløper i ak-sialretning, altså vertikalt dersom støttekransen er plassert med sin akse vertikalt. Disse sveiser kan derfor uten vanskelighet fremstilles ved den fra mange synspunkter gunstige elektroslagg-sveiseprosess. Det innsees enn videre at den sylindriske blikkring 6 kan plasseres i eller nær tyngdepunktaksen for stagstolpeblikkene 5, så blikkringen 6 på meget effektiv måte overfører den aksiale komponent av kreftene fra spiralhusblikkene 1 til stagstolpeblikkene 2, og påkjenningen i stolpeblikkene 5 blir mest mulig jevnt fordelt over blikkenes tverrsnitt. Det er også innlysende at hverken den sylindriske blikkring 6 eller den plane blikkring 7 vil bli utsatt for vesentlige strekkpåkjenninger i retning loddrett på sitt plan.

Når det gjelder krysningsfugene mellom den sylindriske blikkring 6 og stagstolpeblikkene 5, er forskjellige utformninger mulige, som anskueliggjort på fig. 3-5.

Ved den utførelsesform som er vist skjematisk på fig. 3, er stagstolpeblikkene 5 ved enden utformet med en sliss eller uttagning 8, hvis bredde er noe større enn tykkelsen av den sylindriske blikkring 6, og som denne strekker seg ubrutt igjennom.

I slissen 8 i stagstolpeblikket 5 foreligger der således på

begge sider av den sylindriske blikkring 6 spalter hvor det er mulig å fremstille sveisefuger ved elektroslagg-sveising.

Den utførelsesform som er vist skjematisk på fig. 4, er i prinsippet det motsatte av utførelsesformen på fig. 3. Ved ut-førelsen på fig. 4 er således den hovedsakelig sylindriske blikkring 6 utformet med avbrudd ved hvert stagstolpeblikk 5, hvor stagstolpeblikkene strekker seg igjennom uten avbrudd. Den hovedsakelig sylindriske blikkring 6 består således av et antall blikkseksjoner eller blikkavsnitt som strekker seg mellom to på hin-annen følgende stagstolper 5 og med sine ender er fastsveiset til disses sideflater ved sveisefuger 9, som likeledes med fordel kan fremstilles ved elektroslagg-sveising.

Ved utførelsen på fig. 5 er stagstolpeblikkene 5 utformet med en sliss eller uttagning på lignende måte som på fig. 1, og samtidig er den hovedsakelig sylindriske blikkring 6 utformet med avbrudd på en måte som i prinsippet tilsvarer den på fig. 4. På krysningsstedene mellom blikkring 6 og stagstolpeblikk 5 blir der således dannet et i aksial retning langstrakt og i tverrsnitt hovedsakelig firkantet rom 10, som fylles med sveisefugemateriale. Også denne sveisefuge kan med fordel fremstilles ved elektroslagg-sveising.

Alle de utførelsesformer av sammenføyningen mellom den sylindriske blikkring 6 og stagstolpeblikkene 5 som er vist på fig. 3-5, såvel som andre mulige modifikasjoner av disse utførelser, er meget gunstige fra et sveiseteknisk synspunkt.

Den del av endeflaten av hvert stagstolpeblikk 5 som ligger radialt innenfor den sylindriske blikkring 6, er enn videre hen-siktsmessig fastsveiset til undersiden av den plane blikkring 7.

På fig. 2 betegner 11 et tynt lede- eller styreblikk som bare har til oppgave å forbedre væskestrømningen gjennom støtte-kransen, og som er uten betydning fra et fasthetssynspunkt. Dette ledeblikk 11 kan være forsynt med åpninger, så der vil herske samme hydrostatiske trykk på begge sider av det. Videre finnes der lignende tynne blikk 12 (jfr. også fig. 3 - 5) og 13, som likeledes er uten betydning fra et fasthetssynspunkt, og som har til oppgave å avskjerme det innenforliggende rom fra væske--strømningen gjennom støttekransen. Også disse blikk 12 og 13 kan være forsynt med åpninger, så der vil herske samme hydrostatiske trykk på begge sider av dem.

-v

Claims (6)

1. Støttekrans for et spiralhus hos en hydraulisk maskin som vannturbin, pumpeturbin eller pumpe, innbefattende to ringer (3, 4) som strekker seg koaksialt om maskinaksen og i aksial innbyrdes avstand, og aksiale stagstolper (5) som er innfestet mellom ringene, mens endene av spiralhusets (1) blikk er festet til ringene (3,4), karakterisert ved at hver av ringene (3, 4) innbefatter en hovedsakelig sylindrisk blikkring (6) som de tilgrensende ender av spiralhusblikkene (1) er fastsveiset til langs dens fra støttekransens gjennomstrømnings-spalte bortvendte aksiale kant (6a), samtidig som de av blikk be-stående stagstolper (5) med sine aksiale ender strekker seg i aksial retning på begge sider av den sylindriske blikkring (6) i det minste tilnærmelsesvis ut til dens nevnte aksiale kant (6a), slik at der mellom hvert stagstolpeblikk (5) og den sylindriske blikkring (6) dannes et krysningssted hvor stagstolpeblikket og blikkringen er sammensveiset.

2. Støttekrans som angitt i krav 1, karakterisert ved at stagstolpeblikkene (5) er utformet med en sliss eller uttagning (8) som den sylindriske blikkring (6) strekker seg ubrutt igjennom på det nevnte krysningssted.

3. Støttekrans som angitt i krav 1, karakterisert ved at den sylindriske blikkring (6) ved hver stagstolpe (5) er utformet med et avbrudd som stagstolpeblikket rager inn i på det nevnte krysningssted.

4. Støttekrans som angitt i krav 1, karakterisert ved at stagstolpeblikket (5) på det nevnte krysningssted med den sylindriske blikkring (6) er utformet med en sliss eller uttagning hovedsakelig motsvarende blikkringens (6) tverrsnitt, mens blikkringen (6) er utformet med et avbrudd, hovedsakelig motsvarende stagstolpeblikkets (5) tykkelse, så der foreligger et av blikkringen (6) og stagstolpeblikket (5) omsluttet, i aksial retning langstrakt og i tverrsnitt hovedsakelig firkantet rom, som er fylt med sveisefugemateriale.

5. Støttekrans som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at hver av ringene (3, 4) dessuten innbefatter en plan blikkring (7) som står loddrett på maskinaksen og med sin ytre omkrets er fastsveiset til den sylindriske blikkring (6) •

6. Støttekrans som angitt i krav 5, karakterisert ved at den plane blikkring (7) er fastsveiset til den sylindriske blikkring (6) langs dens fra støttekransens gjennomstrøm-ningsspalte bortvendte aksiale kant (6a), samtidig som stagstolpeblikkene (5) ved sine ender er fastsveiset til den mot støtte-kransens gjennomstrømningsspalte vendende side av den plane blikkring (7) .